具有实心羽片的利用文丘里效应产生真空的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年12月24日提交的第63/130,458号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及一种用于产生真空的文丘里装置，并且更特别地涉及一种在其推进通道中采用羽片(fletch)插入件的文丘里装置。

背景技术

抽空器是一种产生低压以抽真空的装置，低压直接作用于装置或通过真空储存器间接作用于另一个装置。这样的文丘里装置可以用于例如车辆中，以产生用于制动系统、涡轮增压发动机以及加热和通风系统的真空。根据从例如申请人的共同拥有的专利US10,273,978(其内容以其整体通过引用并入本文)中已知的现有技术，与不包括羽片插入件的抽空器相比，已知使用羽片插入件来减少抽空器提供特定量的真空所需的推进流量。

已知的羽片插入件易受羽片插入件一侧或另一侧上的轻微压差引起的振动影响。这导致羽片插入件的尖端摆动，产生不希望的可听到的噪声。

本发明的目的是提供一种改进的羽片插入件，其消除了已知羽片插入件的噪声。本发明的另一个目的是提供一种羽片插入件，其不仅使噪声最小化，而且对推进流的干扰最小，从而增加了抽空器的吸力。

发明内容

通过本发明实现上述及其他目的，其中，一个实施例中提供了一种用于产生真空的装置，所述装置包括：壳体，所述壳体限定抽吸腔室、推进通道，所述推进通道具有适于连接到流体源的入口和与所述抽吸腔室流体连通的出口，所述推进通道包括锥形部分，所述锥形部分具有朝向所述推进通道的所述出口锥化的截面，所述壳体还限定排出通道，所述排出通道具有与所述抽吸腔室流体连通的入口和在远离所述抽吸腔室的方向上扩展的截面；以及设置在所述推进通道中并在所述推进通道的纵向方向上延伸的羽片插入件，所述羽片插入件包括靠近所述推进通道的出口的第一区段、靠近所述推进通道的入口的第二区段、以及位于所述第一区段与所述第二区段之间并与所述第一区段和所述第二区段成一体的第三区段；其中，所述第一区段包括截面朝向所述推进通道的出口扩展的区域，以在所述羽片插入件的所述第一区段与限定所述推进通道的所述壳体的内表面之间的所述推进通道的出口处形成周向开口；其中，所述羽片插入件的第二区段包括分隔壁，所述分隔壁具有在所述推进通道的纵向方向上延伸的长度，并且具有在垂直于所述推进通道的纵向方向的方向上延伸的高度，所述高度延伸穿过所述推进通道的整个直径，并且包括连接到所述推进通道的内表面的分隔壁端部；并且其中，所述第三区段在所述推进通道的纵向方向上延伸，并且从所述第二区段到所述第一区段在纵向方向上锥化，所述第三区段具有第一截面，所述第一截面与所述第二区段在所述第二区段和所述第三区段相遇处的截面相同，并且在所述第三区段与所述第一区段相遇处过渡到所述第一区段的截面。

在实施例中，所述羽片插入件的所述第二具有第一宽度，并且第三区段具有第二宽度，所述第二宽度在与所述第一宽度相同的方向上延伸，且等于所述第一宽度。

根据另一个实施例，所述推进通道的出口处的所述开口为周向连续开口。

在另一个实施例中，所述羽片插入件的所述第一区段位于所述推进通道的所述锥形部分中。

在另一实施例中，所述推进通道的所述锥形部分为圆锥形。

在又一个实施例中，抽空器配置为利用文丘里效应，并且所述推进通道与所述排出通道的入口对齐并隔开，以在所述抽吸腔室内限定文丘里间隙。

根据另一个实施例，所述羽片插入件的所述第一区段具有多边形截面，特别地是具有矩形截面，并且更特别地是具有正方形截面。

在另一个实施例中，所述羽片插入件沿着所述壳体的中心对称轴线延伸。

根据另一个实施例，所述羽片插入件仅通过所述羽片插入件的所述第二区段的所述分隔壁连接到形成所述推进通道的所述壳体的所述内表面，因此，流体在流出推进出口时至少围绕所述第一区段的整个圆周流动。

附图说明

当结合附图考虑时，从以下详细说明中，本发明的更多细节、优点和益处将变得显而易见。

图1为现有技术吸气器的侧视立体图。

图2为图1的吸气器的侧视纵向截面平面视图。

图3为在推进通道的锥形部分具有实心羽片的改进的文丘里装置的第一实施例的侧视纵向截面平面视图。

图4为图3的下主体的变型的侧视纵向截面立体图，其没有穿过矩形实心羽片的截面。

图5为具有椭圆形实心羽片的文丘里装置的下主体的侧视立体图。

图6为在推进通道的锥形部分内具有实心羽片的文丘里装置的另一个实施例的侧视纵向截面立体图。

图7为图6的文丘里装置的横向截面。

图8为图6的文丘里装置的羽片插入件的侧视立体图。

具体实施方式

以下的详细描述将例示本发明的一般原理，其示例另外在附图中例示。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。

如本文中所使用的，“流体”表示任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体、或其组合。

图1为文丘里装置的外部视图，文丘里装置结合止回阀组件，总体上用附图标记100表示，用于发动机，例如车辆的发动机。发动机可以为内燃机，并且车辆和/或发动机可以包括需要真空的装置。止回阀和/或吸气器通常在发动机节流阀之前和之后连接到内燃机。发动机及其所有部件和/或子系统未在图中示出，除了包括几个框来表示在本文中确定的发动机的特定部件，并且应当理解，发动机部件和/或子系统可以包括车辆发动机中常见的任何部件和/或子系统。虽然附图中的实施例被称为“吸气器”，但是因为推进端口108被例示为连接到大气压力，所以实施例不限于此。在其他实施例中，推进端口108可以连接到增压压力，诸如归因于由涡轮增压器或增压器产生的增压空气的压力，并且因此文丘里装置现在优选地被称为“喷射器”。

需要真空的装置102可以为车辆制动助力装置、燃油蒸气净化系统、曲轴箱强制通风系统、液压阀和/或气动阀、自动传动装置、空调、或任何其他需要真空的发动机系统或部件。

文丘里装置100包括壳体101，如图所示，壳体由相互密封连接的上壳体104和下壳体106构成。上部部分和下部部分的名称为了描述的目的是相对于在页面上定向的附图而言的，并且当在发动机系统中使用时不限于所例示的定向。优选地，上壳体部分104通过声波焊接、加热、或其他常规方法联结到下壳体部分106，以在它们之间形成气密密封。文丘里装置包括第一止回阀111和第二止回阀120，并具有封闭辅助端口的盖子174。

如图2代表性所示，文丘里装置100可以在抽吸端口110处与需要真空的装置102连接，并通过空气流过通道144为所述装置102产生真空，通道144通常延伸文丘里装置的下壳体106的长度，用于产生文丘里效应。下壳体部分106包括多个端口，多个端口中的一些端口可以连接到发动机的部件或子系统。下壳体106的端口包括：(1)推进端口108，其在一个实施例中从发动机进气空气滤清器170供应清洁空气，清洁空气典型地在发动机节流阀的上游获得；(2)文丘里间隙160(推进出口184与排出入口186之间的直线距离)；(3)排出端口112，其作为所例示实施例连接到发动机节流阀下游的发动机进气歧管172；以及任选的(4)旁路端口114。止回阀111优选布置为防止流体从下壳体106流向需要真空的装置102。旁路端口114可以连接到需要真空的装置102，并且任选地，可以包括位于其间的流体流动路径中的止回阀120。止回阀120优选地被布置成防止流体从旁路端口114流向施加装置102。

如图2所示，下壳体106包括下阀座124、126，第一止回阀11和第二止回阀120各一个阀座。每个下阀座124、126由连续的外壁128、129限定，并且任选地由下阀座124中的诸如壁130的底部壁限定。管道孔132、133分别限定在每个下阀座124、126中，以允许与空气通道144的气流连通。每个下阀座124、126包括从其上表面向延伸的多个径向间隔的指状物134、135。径向隔开的指状物134、135用于支撑密封构件136、137，密封构件136、137可以仅基于压差在打开位置与关闭位置之间平移。

再次参见图1至图2，上壳体104用于与下壳体部分106匹配，以形成止回阀111、120(如果两者都存在)。上壳体104限定沿着其长度延伸的抽吸通道146，并限定多个端口，多个端口中的一些端口可以连接到发动机的部件或子系统。这些端口包括：(1)第一端口148，其可以用盖子174盖住或者可以连接到发动机的部件或子系统；(2)第二端口150(腔室/空腔166的入口端口的一部分)，其与下壳体部分106中的管道孔132(与文丘里间隙160流体连通)流体连通，并且密封构件136设置在它们之间；(3)第三端口152(腔室/空腔167的入口端口的一部分)，其与下壳体部分106中的旁路端口114流体连通，并且密封构件137设置在它们之间；以及(4)抽吸端口110，其作为将文丘里装置连接到需要真空的装置102的入口。

上壳体104包括上阀座125、127。每个上阀座125、127由连续的外壁160、161和底部壁162、163限定。两个上阀座125、127都可以包括分别从底部壁162、163朝向下壳体106向下延伸的销164、165。销164、165为密封构件136、137在空腔166、167内平移的引导件，空腔166、167由匹配的上阀座125和下阀座124限定，并由匹配的上阀座127和下阀座126限定。因此，每个密封构件136、137包括穿过其中的管道孔，管道孔在其中的尺寸和位置适于将销164、165容纳在其相应的空腔166、167中。

下壳体部分106中的通道144具有沿着中心纵向轴线的内尺寸，包括下壳体106的推进区段180中的第一锥形部分182(本文中也称为推进锥体)，第一锥形部分182联接到下壳体106的排出区段181中的第二锥形部分183(本文中也称为排出锥体)。这里，第一锥形部分182和第二锥形部分183端对端对齐(推进区段180的出口端部184到排出区段181的入口端部186)。入口端部188、186和出口端部184、189可以为任何圆形形状、椭圆形形状、或一些其他多边形形式，并且从其延伸的渐渐地、连续地锥化的内尺寸可以限定但不限于双曲面或圆锥。推进区段180的出口端部184和排出区段181的入口端部186的一些示例性配置在共同未决的美国专利9,827,963中有所介绍，美国专利9,827,963的全部内容通过引用并入本文。

如图2所示，第一锥形部分182终止于与管道孔132的流体接合处，管道孔132与其并且与文丘里间隙160流体连通，在这个接合处，第二锥形部分183开始延伸远离第一锥形部分182。第二锥形部分183也与文丘里间隙160和管道孔132流体连通。然后，第二锥形部分183在第二锥形部分的出口端部189附近与旁路端口114形成接合，并与其流体连通。第一锥形部分182和第二锥形部分183典型地共用下壳体部分106的中心纵向轴线。第二锥形部分183从较小尺寸的入口端部186到较大尺寸的出口端部189渐渐地、连续地锥化。如上所述，任选的旁路端口114与排出区段190相交，以与第二锥形区段183流体连通。旁路端口114可以与邻近出口端部189但在出口端部189下游的第二锥形区段183相交。下壳体106可以在其之后，即旁路端口的这个交叉点的下游，继续具有圆柱形均匀内部通道，直到其终止于排出端口112。每个端口108和112可以包括在其外表面上用于将通道144连接到发动机中的软管或其他特征的连接器特征。

当文丘里装置100连接到发动机系统中时，止回阀111和120的功能如下：在发动机运行时，进气歧管172将空气吸入推进端口180中，通过通道144，并从排出端口112排出。这在止回阀111和通道146中产生了部分真空，以将密封构件136向下拉向多个指状物134、135。由于指状物134、135的间隔，允许流体从通道144流向通道146。由发动机的操作产生的部分真空至少在需要真空的装置102的操作中起到真空辅助的作用。然后，随着压差变化，第一止回阀111关闭，并且第二止回阀120打开，以允许流体绕过文丘里间隙160。

现参考图3，以纵向截面图例示了利用文丘里效应产生真空的文丘里装置200，其在推进通道209中包括实心羽片220，其中，不同阴影的球体代表不同速度的气流。深色的球体代表较快的速度。装置200可以用在发动机中，例如用在车辆的发动机(内燃机)中，以如上所述向需要真空的装置提供真空。文丘里装置200包括壳体201，壳体201具有彼此密封连接的上壳体204和下壳体206，以限定与通道244流体连通的抽吸腔室207，通道244从推进端口208的推进入口232延伸到排出端口212的排出出口256。装置200具有可以连接到发动机或连接到发动机的部件的至少三个端口。这些端口包括：(1)推进端口208；(2)抽吸端口210，其可以通向需要真空的装置，如图2所示；以及(3)排出端口212。这些端口208、210和212中的每一者可以包括在外表面上的连接器特征217，如在抽吸端口210上所示，用于将相应的端口连接到发动机中的软管或其他部件。

壳体201限定了抽吸腔室207。抽吸腔室可以具有不同的配置，但是所例示的抽吸腔室具有带封闭底部的圆柱形壁222，由盖子218封闭。在另一个实施例中，当从横向截面看时，抽吸腔室可以为大致梨形的，如共同拥有的美国专利10,443,627中所公开的，其具有横向于通道244的中心纵向轴线定向的相对端壁。

仍参见图3，推进端口208限定了向抽吸腔室207收缩(converging)并与之流体连通的推进通道209，排出端口212限定了远离抽吸腔室207并与之流体连通的排出通道213，并且抽吸端口210限定了通过第一端口250与抽吸腔室207流体连通的抽吸通道246。抽吸通道246典型地为恒定尺寸的圆柱形通道。这些收缩区段和扩张(diverging)区段沿着内部通道209和213的至少一部分的长度渐渐地、连续地锥化。推进端口208限定推进入口232，并在相对端部处具有推进出口236，推进出口236为靠近抽吸腔室207或在抽吸腔室207内的收缩推进通道209的终点。类似地，排出端口212限定了靠近抽吸腔室207或在抽吸腔室207内的排出入口252、以及在相对端部处的排出出口256。推进出口236与排出入口252对齐并间隔开，以限定文丘里间隙160。如本文所用，文丘里间隙160就是推进出口236和排出入口252之间的直线距离V

参见图3至图5，推进通道209终止于喷口270，喷口270突出到抽吸腔室207中。喷口270设置为与抽吸腔室207的所有一个或多个侧壁222间隔开，从而围绕喷口270的整个外部表面272提供抽吸流。外部表面272收缩，朝向排出入口252渐渐且连续地锥化。类似地，排出通道213终止于喷口274，喷口274突出到抽吸腔室中与喷口270相对。喷口274设置为与抽吸腔室207的所有一个或多个侧壁222间隔开，从而在喷口274的整个外表面周围提供抽吸流。

如图3所示，推进通道209和排出通道213的截面积均向抽吸腔室207收缩，形成双曲线或抛物线函数，双曲线或抛物线函数在推进出口236处形成相互平行的流线，即两个函数的斜率在文丘里间隙处为零。推进入口232和排出出口256可以为相同或不同的形状，并且可以为大致矩形、椭圆形或圆形。在图3中，推进入口232和排出出口256被描绘为圆形，但是推进出口236和排出入口252，即每个开口的内部形状，为椭圆形的。推进通道209和/或排出通道213的内部可以构造成具有相同的总体形状。

如图3所示，推进出口236的截面积小于排出入口252的截面积；这种差异被称为偏移。截面积的偏移可以根据将结合装置100的系统的参数而变化。在一个实施例中，偏移可以在大约0.1毫米至大约2.5毫米的范围内，或者更优选地在大约0.3毫米至大约1.5毫米的范围内。在另一个实施例中，偏移可以在大约0.5毫米至大约1.2毫米的范围内，或者更优选地在大约0.7毫米至大约1.0毫米的范围内。

羽片220用于在推进通道的中心处阻止推进通道209内的推进流，因为这个位置处的流动不提供任何吸力。沿着限定推进通道的内部壁集中所有的流动是更有效的，因为这种流动在通过文丘里间隙进入排出通道时产生吸力。羽片220具有第一实心主体区段280，第一实心主体区段280位于推进通道209的中央，并限定第一端部282(与之齐平)，如图3和图5所示，第一端部282在推进出口236处或者在推进通道209内远离推进出口236向内1至5毫米的范围内，如图4所示，第一端部282在本文中被称为凹陷深度D

如图4和图5所示，推进出口236和排出入口252为非圆形的，如共同拥有的美国专利9,827,963所述，因为与具有圆形截面的通道具有相同面积的非圆形形状增加了周长与面积的比率。有无限多种可能的非圆形形状，每种形状都有周长和截面积。这些可能的非圆形形状包括多边形、或相互连接的直线段、非圆曲线、甚至分形曲线。为了使成本最小化，曲线更简单且易于制造和检查，并且具有期望的周长。特别是，用于推进通道和排出通道的内部截面的椭圆形实施例或多边形实施例具有成本效益。

在图4的实施例中，推进出口236和推进通道209具有矩形形状(矩形包括正方形)，尤其是内部矩形轮廓。同样，羽片220具有与推进通道209匹配的外部矩形形状，但是具有较小的尺寸以填充推进通道的中心流动区域。取决于限定围绕羽片220的推进通道的孔口的尺寸，流动面积在羽片周长的0.5倍至4倍的范围内。因此，羽片220的第一实心主体区段280具有矩形形状，矩形形状匹配推进通道在其扩张部分内的内部轮廓的形状。实心羽片220的第一端部282远离推进出口236凹入推进通道内。凹部D

在图5的实施例中，推进出口236和推进通道209为椭圆形形状(作为一种类型的椭圆，圆形包括在内)，特别是内部椭圆形轮廓。同样，羽片220具有与推进通道209匹配的外部椭圆形形状，但是具有较小的尺寸以填充推进通道的中心流动区域。因此，羽片220的第一实心主体区段280具有椭圆形形状，椭圆形形状与推进通道在其扩张部分内的内部轮廓的形状相匹配。这里，实心吸管220的第一端部282与推进出口236齐平，并且限定排出入口252的喷口274具有椭圆形的内部轮廓和外部轮廓。

再次参见图3，抽吸腔室207限定了容纳密封盘611的止回阀，密封盘611可以仅根据系统(文丘里装置与之流体连通)内的压差在开启位置与关闭位置之间移动。如上面参考图2所公开的，打开位置可以由从靠近推进通道和排出通道的位置朝向抽吸通道突出的指状物来限定，或者由图3所示的止回阀插入件505来限定，止回阀插入件505限定了用于密封盘611的第一座。止回阀插入件505具有可以安置在抽吸腔室207中的外支撑件570、上表面571和下表面572、通过肋576与外支撑件570径向向内隔开的内环圈574，肋576轴向朝向中心纵向轴线C倾斜，以将内环圈574的上表面575定位在轴向D

外支撑件570可以为圆形的环圈，但外支撑件可为卵形或多边形环或可以安置在抽吸腔室内所希望位置的任何其他形状。内环圈574典型地为圆形或卵形的。在一个实施例中，上表面575为在垂直于中心纵向轴线C的一个平面中的连续表面。在另一个实施例中，上表面575以两个相对的槽579起伏。在又一实施例中，上表面575在沿着内环圈574延伸20度至170度的小弧上向下且径向向外朝向外支撑件570倾斜，从而限定上表面的倾斜表面部分。

在操作中，装置200，尤其是抽吸端口210，与需要真空的装置相连(见图2)，并且装置200通过流体(典型地为空气)流过通道244(通常沿装置长度方向延伸)，并流过抽吸腔室207内的文丘里间隙160，为所述装置产生真空。流体从推进端口208到排出端口212的流动将流体向下吸入推进通道，如上所述，推进通道可以为直锥体、双曲线轮廓、或抛物线轮廓，并且面积的减小导致空气速度增加。因为这是封闭的空间，所以流体力学定律表明，当流体速度增加时，静压必须降低。当空气继续行进到排出端口时，空气穿过排出入口252和排出通道213，排出通道213或者是直锥体、双曲线轮廓或者是抛物线轮廓。这种流体流动产生吸力，吸力通过抽吸端口210沿着抽吸通道246抽吸流体，并通过第一端口250进入抽吸腔室207。

现参考图6至图8，公开了下壳体206’的推进通道209内的实心羽片320的第二实施例。下壳体206’具有与图3至图7相同或相似的特征，其包括与通道244流体连通的抽吸腔室207，通道244从推进端口208的推进入口232延伸到排出端口212的排出出口256。推进端口208在内部限定了通道244的第一部分211、以及第一部分211下游的推进通道209。第一部分211可以为圆形的并且具有恒定的直径。如上所述，推进通道209朝向推进出口236收缩地锥化。

与同一天提交的第17/645,827号共同未决美国专利申请中的空心羽片相比，羽片320为实心羽片，用于在推进通道中心处阻止推进通道209内的推进流，因为这个位置处的流动不提供任何吸力。如上所述，羽片320具有终止于推进出口236附近或推进出口236处的第一端部322。第一端部322具有与推进通道209的内部形状相匹配的外部形状，但是尺寸较小，也如上所述。在图6至图8中，羽片的第一端部322的外部形状的截面为矩形的(包括正方形)。羽片320具有与第一端部322相对的第二端部324，第二端部324位于推进通道209的起点附近。如图8所示，羽片320具有宽度W1和高度H1，其中，宽度W1相对于分隔件340的最小尺寸定向，如下所述，并且根据其中所示的x轴线、y轴线、z轴线。长度在x方向上，H1在Y方向上，并且W1在z方向上。高度H1沿着第一端部322与第二端部324之间的长度是恒定的，但是宽度W1根据线性函数从第二端部324到第一端部324逐渐地、连续地增加，从而限定了四边形平截头体。与第二端部324处的宽度相比，第一端部322处的宽度W1在大约1.5倍至10倍的范围内。

分隔件340从羽片320的第二端部324向上游方向延伸。分隔件340安置在推进端口208的第一部分211内，具有相对的第一侧342、344，相对的第一侧342、344抵靠第一部分211的内部表面或一体地模制为第一部分211的内部表面的一部分限定分隔件340的宽度W2，从而将第一部分211分成沿着相对的第二侧346、348的两个流动路径，第二侧346、348在相对的第一侧342、344之间延伸。相对的第二侧346、348限定了分隔件340的高度H2。分隔件340的高度H2在接近羽片320处逐渐变小，以减小H2到H1的距离，同时保持宽度，即在分隔件340到羽片320的过渡处W2＝W1。

下壳体306和羽片-分隔件单元310均可以由塑料制成。这些零件可以通过注射成型工艺或注入成型工艺制成，使得羽片-分隔件单元310的分隔件340通过相对的第一侧面342、344与通道244的第一部分211的内表面的连接而与壳体成为一体。可替代地，相对的第一侧342、344可以通过粘合剂固定到第一部分211的内表面。下壳体306和羽片-分隔件单元310可以由其他材料(诸如金属)制成，并且可以通过其他方法实现附接，这一点本领域技术人员将理解。重要的是，羽片-分隔件单元310由刚性材料制成，并且其形状和经由分隔件340的附接消除了羽片-分隔件单元310的振动和/或摆动，当流体流过推进通道209时，羽片-分隔件单元310的振动和/或摆动可能由羽片320的相对侧上的轻微压差引起，从而限定安静的羽片320。换言之，由于分隔件单元310的存在，在流体流过通道244期间不会发出可听见的噪声。

分隔件340向锥化的四边形平截头体形状的羽片320的过渡，优选截面为正方形或矩形，使羽片-分隔件单元310在如上所述安装于上述通道244中时具有刚性结构。由于分隔件340在下主体306内的牢固连接，以及-分隔件单元310的轻且硬的构造，羽片320具有相对高的自然频率，自然频率由公式(K/M)

在操作中，进入推进入口332的流体在分隔件340的相对侧上被分成部分路径。流体在通道244的纵向方向上流动，并且两个分流在推进通道209的开始处汇合在一起，在此处羽片320开始朝向文丘里管间隙260扩张地锥化。因为在推进通道209内，在羽片320的整个外部表面周围存在间隙，所以在其中在羽片320周围将存在周向连续的流体流动。结果是对进入和离开推进通道的流体流，特别是进入文丘里间隙260的流体流的干扰最小。

排出通道312在抽吸腔室307中具有排出入口352，并从文丘里间隙260向推进出口336扩张地锥化。推进出口336和排出入口352中的每一者可以为矩形形状、内部轮廓和外部轮廓，并且可以在远离抽吸腔室307延伸的方向上各自过渡到圆形截面。

应理解，本发明的上述描述可以进行各种修改、变更和调整，且应在所附权利要求书的等同含义和范围内进行理解。